复杂曲面在机激光扫描测量技术研究

发布时间：2017-06-13 17:11

  本文关键词：复杂曲面在机激光扫描测量技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复杂曲面广泛应用于齿轮齿面、航空发动机叶片、飞机和汽车外形、模具型面,其加工质量是影响零部件使用寿命、工作性能和安全性的重要因素。自由曲面零件的加工往往工艺复杂、工序繁多,为了使后续工序能够根据前道工序完成情况进行适应性加工,需要在两道工序之间对工件外形的实际状态进行测量。传统的三坐标测量机等离线测量方法不仅效率低,而且很难满足加工现场测量的需求。为此,针对复杂曲面零件多工序加工过程中外形测量的快速性、现场性、准确性要求,本文设计并实现了一套复杂曲面在机激光扫描测量系统OMSM,主要研究内容及成果包括:1.提出了将测距式激光测头与五轴数控机床相结合来实现复杂曲面零件在机激光测量的总体方案。通过机床数控系统使激光测头随机床做精确可控的运动,实现激光测头对工件快速扫描测量,可以采集到工件外轮廓密集的三维数据点集,具备信息全、精度高、效率高、非接触等优点。2.研究了协调数控机床(运动执行单元)、激光测头(数据采集单元)和测量软件(上位机)之间的协调同步方法,实现了整个系统在激光测头高采集频率和机床高速运动情况下的正确运行。3.针对本文研究的在机激光扫描测量系统,提出了一种激光测头安装位姿的线性标定方法。该方法以标准球体为标定靶标,通过在多个角度对标准球进行测量并拟合球心,最终求解出激光测头偏心和偏角的最优解,标定过程简单,精度可靠,适合工程实际应用。4.研究了在机激光测量数控程序的自动编程方法,针对双摆头五轴数控机床的结构特点,给出了在机激光测量的后置处理方法,实现了在机激光扫描测量机床数控程序的自动编程。在相关技术研究的基础上,构建了在机激光测量原型系统,并自主开发了在机激光测量软件。最后针对整个系统在航空发动机叶片加工中的应用,进行了实验验证。
【关键词】：复杂曲面 在机测量 激光传感器 系统标定 系统协调同步
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659;TN249
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 引言12
• 1.2 复杂曲面的测量方法12-15
• 1.2.1 接触式测量方法13
• 1.2.2 非接触式测量方法13-15
• 1.3 在机测量技术15
• 1.4 本文选题背景及研究内容15-18
• 1.4.1 选题背景15-16
• 1.4.2 研究内容16-17
• 1.4.3 论文组织17-18
• 第二章 在机激光扫描测量系统设计18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 系统总体框架18-20
• 2.3 系统硬件组成及连接20-23
• 2.3.1 五轴数控机床20-21
• 2.3.2 ConoProbe激光测头21-22
• 2.3.3 激光测头装夹与系统接线22-23
• 2.4 系统的协调同步23-26
• 2.4.1 系统同步方法分析24
• 2.4.2 采集数据与机床位置的同步24-25
• 2.4.3 采集数据与机床转角的同步25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 在机激光测量系统标定27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 五轴在机激光测量数学模型27-30
• 3.2.1 基本几何变换27-28
• 3.2.2 五轴在机激光扫描测量的数学模型28-30
• 3.3 测头安装位姿标定30-35
• 3.3.1 激光测头安装位姿标定原理31-32
• 3.3.2 机床精度对测量的影响32-34
• 3.3.3 误差补偿34-35
• 3.4 标定实现中的几个问题35-37
• 3.4.1 标定扫描路径与数控程序生成35-36
• 3.4.2 扫描数据的自动过滤36-37
• 3.5 标定实验验证37-40
• 3.5.1 标定结果38-39
• 3.5.2 标定结果验证39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 在机测量数控程序生成41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 激光测量后置处理41-48
• 4.2.1 后置处理通用原理41-42
• 4.2.2 机床运动的描述方法42-44
• 4.2.3 机床运动求解44-48
• 4.3 数控程序的自动编程48-51
• 4.3.1 常用指令及数控格式48-50
• 4.3.2 测量程序自动生成50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 原型系统的构建与应用实例52-64
• 5.1 引言52
• 5.2 系统软件设计52-58
• 5.2.1 软件总体结构53-54
• 5.2.2 激光测头标定模块54-55
• 5.2.3 测头控制与数据采集模块55-56
• 5.2.4 三维显示与仿真模块56-57
• 5.2.5 数据结构树管理模块57-58
• 5.3 工程应用和验证58-63
• 5.3.1 激光测头位姿标定59-60
• 5.3.2 待测工件初次测量60-61
• 5.3.3 待测工件二次精确测量61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 研究工作总结64-65
• 6.2 进一步研究工作65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 在学期间的研究成果与发表的学术论文71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王平江;雷宇晴;邹尚波;崔璐璐;;在机测量技术现状与发展趋势[J];组合机床与自动化加工技术;2015年07期

2 蔺小军;单晨伟;王增强;史耀耀;;航空发动机叶片型面三坐标测量机测量技术[J];计算机集成制造系统;2012年01期

3 周志雄;周秦源;任莹晖;;复杂曲面加工技术的研究现状与发展趋势[J];机械工程学报;2010年17期

4 裘祖荣;石照耀;李岩;;机械制造领域测量技术的发展研究[J];机械工程学报;2010年14期

5 王增勇;汤光平;李建文;孙朝明;;工业CT技术进展及应用[J];无损检测;2010年07期

6 卢科青;王文;陈子辰;;点激光测头激光束方向标定[J];光学精密工程;2010年04期

7 任淑艳;杨永刚;李静;赵丽;张云;;锥光全息非接触式测量系统设计[J];传感器与微系统;2009年12期

8 陆佳艳;熊昌友;何小妹;马骊群;蔡薇;;航空发动机叶片型面测量方法评述[J];计测技术;2009年03期

9 高延峰;许瑛;;混沌遗传组合算法在复杂曲面零件加工定位中的应用[J];南昌航空大学学报(自然科学版);2009年02期

10 尚妍;徐春广;;光学非接触廓形测量技术研究进展[J];光学技术;2008年S1期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 牟鲁西;复杂曲面零件在机测量关键技术研究与应用[D];华中科技大学;2012年

2 杨培;基于弧焊机器人的典型零件柔性再制造系统研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

3 吴世雄;逆向工程中多传感器集成的智能化测量研究[D];浙江大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 刘云云;基于纹理子空间成分的活动轮廓模型的图像分割[D];大连理工大学;2009年

2 龙志林;数控激光三维测量关键技术研究[D];华中科技大学;2004年

  本文关键词：复杂曲面在机激光扫描测量技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：447132